[자연과학] 실험보고서 - 마찰력과 마찰계수 실험

마찰력과 마찰계수

1. 실험 목적

뉴턴의 운동법칙을 통하여 두 물체의 접촉면 사이에 작용하는 마찰력을 측정한다. 그 결과로부터 물체의 질량, 접촉면의 면적 및 크기가 마찰계수와 어떤 관계를 갖는지 확인한다.

2. 이론

물체가 정지 상태에 있을때 물체가 움직이게 하려면 일정한 힘이 필요하다. 물체와 표면사이의 정지마찰력 때문인데, 외부에서 작용하는 힘이 커짐에 따라 임계각에 도달할 때 까지 정지마찰력이 증가한다. 임계값(최대 정지마찰력)을 넘어서면 물체는 움직이게 되고, 이때부터는 정지마찰이 아닌 운동마찰력이 작용하게 되는데, 일반적으로 운동마찰력이 정지마찰력보다 작다. [그림1 참조]
일반적으로 정지마찰 및 운동마찰력의 크기는 모두 물체가 받는 수직항력에 비례한다(하지만, 속력이 빠른 경우에는 수직항력보다 속력에 의존하는 경향이 있다). 차원이 없는 양인 마찰계수를 도입하면
으로 표현할 수 있다.
운동마찰계수는 다음과 같다.
실의 질량과 중간에 위치한 도르래를 고려하면 계의 가속도는 조금 달라지지만, 도라래의 질량과 크기가 작으므로 여기에서는 무시한다.

3. 실험장치

도…(생략)

4. 실험절차

(1) 설명을 참조하여 수평 레일의 수평이 맞는지 확인한 후 레일 위에 Motion Sensor와 나무 블록을 위치시킨다.

(2) DataStudio를 실행하고 설정이 맞는지 확인한다.

(3) DataStudio의 Start 버튼을 누르고 추를 놓는다. 나무 블록이 레일의 끝에 도달했을 때 DataStudio에서 Stop 버튼을 누른다.

(4) DataStudio에 있는 속도 또는 가속도 그래프를 확인하여 계의 가속도를 결정한다.

(5) A, B 및 C면의 각각에 대한 가속도를 5번 반복 측정하고, 각 면에 대한 운동마찰계수를 결정하여 각 면의 어떤 성질이 운동마찰계수에 영향을 주는지 확인한다. 이때 다른 조건은 동일해야 한다. 즉, 매달린 추의 무게가 일정해야 한다.

(6) A면을 마찰면으로 고정하고, 나무블록 위에 추를 올려서 마찰이 작용하는 물체의 무게를 변화시키면서 운동마찰계수를 측정한다.

5. 실험이 완료된 후 750 Interface의 전원을 끄고 Data Studio를 종료하십시오. 실험 데이터를 외부 저장매체에 보관한 후 PC를 종료합니다.

6. 실험 중 갑자기 USB 연결선을 뽑지 마십시오.